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대전차 포탄
앞에서부터 순서대로 표지에 쓰여진 내용은 105밀리 날개안정철갑예광탄 K274탄체결합체,105밀리 날개안정철갑예광탄 K274,120밀리 다목적 고폭예광탄 탄체결합체,120밀리 다목적 고폭예광탄,120밀리 날개안정철갑예광탄 탄체 결합체,120밀리 날개안정철갑예광탄,120밀리 날개안정철갑예광탄 텅스텐 관통자와 관통된 장갑(주식회사 풍산에서 전시한 대전차탄들).
K-21 차기 전투보병장갑차의 40mm 주포에서 운용되는 40mm APFSDS탄과 K-1 전차를 비롯하여 우리군 105mm 포 탑재 전차들이 운용하는 APFSDS탄과 HEAT탄이 자리하여 있다.
K-1A1 전차나 K-2 차기전차의 120mm 활강포에서 운용되는 HEAT탄과 APFSDS탄이 절개되어 내부를 살펴볼수 있는 형태로 만들어진 탄과 함께 전시되어 그 형태를 자세히 살펴볼수 있게 하였다.
120mm 날개안정분리철갑탄인 APFSDS-T K-276이다(사진:http://cafe.naver.com/nuke928/176686 사십사분(ah64apache)님)
날개 안정분리철갑탄 APFSDS는 텅스텐 합금이나 열화 우라늄 합금등의 중금속으로 구성된 홀쭉한 침상의 탄체와 경금속의 장탄통(이탈피)그리고 추가적으로 관통자 뒷부분에 날개(fin)을 부착하여 구성되며 전체의 질량을 가볍게 하여 초고속을 발휘 관통자를 표적에 명중시켜 최종적으로 적 전차의 장갑을 뚫고 파괴하는 탄이다.우리군이 운용하는 APFSDS의 탄체는 텅스텐 중합금으로 만들어져 있다.
120mm 대전차고폭탄(사진:http://blog.naver.com/wkfyd0188?Redirect=Log&logNo=150037760463)
120mm 대전차고폭예광탄의 정식명칭은 HEAT-MP-T K-277 이다. 일명 대탄이라고도 불리우고 있는 이 대전차고폭예광탄은 화학에너지인 메탈제트를 이용하여 적전차의 장갑을 관통하게 된다.
대전차탄을 크게 두 종류로 나누면 물리적 충격력으로 장갑을 관통하는 운동에너지탄(kinetic energy)과 장갑 표면에서 폭발해 파편·폭풍·열효과 등의 화학 에너지로 장갑 파괴 및 인원을 살상하는 화학(chemical)에너지탄으로 분류된다. 운동에너지탄에는 날개안정분리철갑탄(APFSDS:Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot )과 열화우라늄탄(Depleted Uranium)탄, 화학에너지탄에는 성형장약탄이라고 불리는 대전차고폭탄(HEAT：High Explosive Anti Tank)과 점착탄(HESH:High Explosive Squash Head)이 있다.
HEAT탄(대전차 고폭탄,High-Explosive Anti Tank)
일반 고폭탄은 탄 중심축의 직각방향으로 분산되기 때문에 대부분 공중으로 파편이 비산하고 탄의 파편이 고르지 않고 중량 분포나 형상이 적절치 않다. 이러한 파편들은 전체 파편의 10%를 초과하지 못하는것으로 알려져 있다.따라서 고폭탄(HE)은 전차 관통용으로는 성능이 부족하기 때문에 대전차용고폭탄(HEAT)이 필요하게 되었다(고폭탄은 HEAT가 아니라 HE임. HEAT는 대전차 고폭탄임.앞에 '대전차'가 붙느냐 안붙느냐에 따라 그 쓰임새가 확연하게 다름).
☞ 고폭탄(HE):내부에 고폭제, 즉 폭약만을 채워 넣은 포탄이다. 지면이나 목표물에 충돌하여 폭발하면서 주변에 포탄 자체의 파편을 흩뿌려 놓는 방식으로, 주로 인마살상 및 경장갑차량 공격등에 사용 할 수 있으나 전차 같이 강력한 장갑을 두른 목표물에는 별로 효과가 없다.살상효과는 대략 반경 35-40미터이며 요즘 전차는 거의 사용하고 있지 않다.
성형작약탄은 라이너(liner)·작약·신관으로 구성돼 있다.성형작약탄의 탄두에는 작약앞에 깔때기 원뿔 모양의 금속 Liner가 있는데 포탄이 장갑에 명중시 신관이 작동하고 내부의 화약이 폭발하면서 폭발에너지가 원뿔의 꼭지점에 집중되는 현상이다(작약 앞 부분에는 원추형의 빈 공간을 만들어두어 폭발의 힘이 빈 공간의 중앙으로 집중됨). 이 몬로효과로 발생되는 화학에너지는 성형작약탄두가 장갑판에 맞아 폭발할 때 고온·고압의 금속가스에 의한 메탈제트를 만들어내며 이 메탈제트는 엄청난 운동에너지와 온도로 장갑판을 관통하여 약 3000도의 고온으로 승무원을 죽이거나 전차 안을 파괴한다.이 원리를 활용해 만든 탄을 성형작약탄이라하며 살상 반경은 좁지만 장갑을 뚫을 수 있는 강력한 관통력을 갖는 것이 특징이다.포탄의 발사속도와 무관하게 탄두 직경의 4~6배 정도를 관통할 수 있다.이것은 먼로효과/노이만효과라고 불리며 메탈제트의 집중으로 강철장갑판을 순식간에 녹여 뚫고 들어가는 것으로 화학에너지탄이라 말할 수 있다.1920년대에 미국의 먼로라는 사람과 독일의 노이만이라는 사람이 발견하여 미국에서는 먼로효과,독일에서는 노이만 효과라고 부르고 있다.성형작약탄 방식으로 만든 전차포탄은 대전차고폭탄(High Explosive Anti Tank·HEAT)이라고 부르는 것이 일반적이다.
먼로 효과(Monroe effect)와 화학에너지를 이용한 성형작약탄은 전차·장갑차 등의 장갑 차량을 파괴하기 위해 개발되었다. 제2차 세계대전 말 구소련 전차를 파괴하기 위해 독일이 개발한 판저파우스트가 처음 성형작약탄두를 사용하였고 제2차 세계대전 뒤 대전차유도탄에 적용되고 있다.
[메탈제트란?]
탄두가 날아가 목표물에 맞으면 순발신관이 작동, 탄저부에 있는 뇌관을 작동시킨다(엄밀히는 장갑에 대한 최대의 파괴력을 집중하기 위해 적절히 떨어진 거리에서 폭발하도록 설계되어있다..이런 성형작약탄들은 탄저신관을 쓰고 있어 탄의 밑바닥에 신관이 있으며 이게 작동하면 폭약은 밑바닥쪽에서 앞쪽으로 반응해 들어간다).그결과 작약이 폭발하면서 폭발로 발생한 고열과 압력에의해 구리나 구리 합금제로 만들어진 꼬깔모양의 liner가 순식간에 녹아 액체금속화되어 안쪽 탄두 빈공간을 향해 밀고나가며 분출되는데 이를 메탈 제트라고 한다..(고온,고압에의해 라이너가 녹으면서 모래가루 쇳가루처럼 분출되는 것이 메탈제트라고 생각할것..)..거의 레이저처럼 강한 구리증기가 탄두의 끄트머리에서 길게 뿜어져 나가며 장갑을 관통하게 된다(이때 순간 속도가 7000m/sec에 이른다고 한다1. 일반 철갑탄의 경우는 1600m/sec정도이다).초속 8Km 로 방출이 되긴 하지만 폭발면에서 불과 수십센치정도 밖에 진행되지 않아 얼마안가 흩어져 버린다. 이는 메탈제트 자체가 분자크기에 가까운 미세입자로 자체 질량이 매우 적어서 운동에너지를 금방 상실하기 때문이다. 고온·고압의 메탈 제트를 형성, 좁은 통로를 통해 빠른 속도로 분사되며 섭씨 3000도가 넘는 메탈 제트는 전차 장갑을 녹이면서 관통, 전차 내부의 승무원을 살상하게 된다.
▲ HEAT탄의 폭발 장면 고속촬영한 것이다. 중앙으로 뿜어져 나오는 메탈제트를 관찰할 수 있다.
▲ 엑스레이로 촬영한 HEAT탄의 관통장면이다. 검게 나타난 것은 그만큼 밀도가 높다는 뜻인데 관통후의 우측을 살펴보면 마치 쇠침과 같이
통과한 것으로 보아 메탈제트의 밀도가 대단히 높다는 것을 알 수 있다.
▲ HEAT탄 관통실험, 약 800mm까지 관통해 들어갔다(사진:야후 퍼니님 블로그 http://kr.blog.yahoo.com/funnyblog)
성형작약탄은 전차에 명중하면 작약이 폭발하면서 고열의 가스를 포탄이 추진방향으로 집중하면서 적 전차의 장갑을 녹여서 관통하도록 하는 포탄이므로 탄두부의 빈 공간이 없어지면 노이만 효과도 사라지기 때문에 고속의 탄속을 요구하는 철갑탄에 비해 오히려 저속의 탄속이 유리한 대전차탄이다. 성형작약탄이 고속의 탄속을 낼 경우 대전차탄의 선단부분이 뾰족하게 자기단조가 되기 때문에 빈 공간이 없어지므로 노이만 효과를 낼 수 없기 때문이다.
☞ 전차·벙커 뚫는 폭탄소재 첫개발 〈경향신문,2005-11-01>
나노기술(NT)을 활용해 적 전차나 벙커 등에 대한 관통력을 대폭 개선시킨 고성능 폭탄용 신소재가 세계 최초로 개발됐다.국방과학연구소(ADD)는 1일 텅스텐과 구리를 이용해 ‘성형작약탄’에 들어가는 고밀도 ‘라이너’ 개발에 성공했다고 밝혔다.라이너는 전차의 장갑이나 벙커와 같은 견고한 구조물을 파괴하는 탄약인 성형작약탄에 장착돼 화약 폭발과 함께 목표물을 관통시키는 소재다.ADD는 기존 구리 분말을 수십분의 1로 미세화하는 한편 미세화된 구리 분말에 나노 크기의 텅스텐을 코팅할 수 있는 ‘나노 복합분말 제조기술’이 적용됐다고 설명했다.1,000나노미터(나노는 10억분의1) 크기로 미세화한 구리 분말에 100나노 크기의 텅스텐을 코팅하는 방법이다.6년간의 연구 끝에 개발된 텅스텐·구리 라이너는 주로 구리 재료만을 이용했던 기존 라이너보다 관통력이 20~52%까지 향상된 것으로 실험결과 증명됐다고 ADD는 강조했다.ADD는 텡스턴·구리 복합재료 개발로 성형작약탄의 관통성능이 개선됨에 따라 군 전투력 향상은 물론 세계 군수시장에서 새로운 수요 창출이 가능하다고 밝혔다.
운동에너지가 아닌 화학에너지를 이용하므로 사정거리 내에서는 탄두 속도와 무게에 관계없이 관통력이 일정하다는 장점으로 높은 발사속도를 내기위한 포가 없어도 되니 개인용 대전차화기의 대부분이 HEAT탄으로 만들어진다(몬로효과는 속도와 질량 등 운동에너지의 영향을 받지 않아 탄두의 속도가 느려도 충분한 성능을 발휘한다).이 탄은 탄두직경의 4~6배 정도를 관통할수 있다한다. 철갑탄의 경우는 운동에너지를 이용한 포탄이므로 발사시 매우 강력한 힘으로 포탄을 밀어내야 하고 큰 반동도 생기므로 포 역시 크고 무거워지게 되는 것다.
성형작약탄두를 사용하는 포탄은 대전차고폭탄(HEAT;High Explosive Anti Tank)과 점착유탄(HESH;High Explosive Squash Head) 등이 있다. 대전차미사일을 비롯한 각종 공대지 미사일과 러시아의 RPG7, 독일의 판저파우스트3, 미국의 MPIM/SRAW 등 보병이 휴대하는 대전차로켓탄 대부분이 성형작약탄을 이용한 것이다.(LOSAT라는 운동에너지 파괴식 대전차 미사일도 있지만 대전차 로켓과 미사일 대부분은 성형작약탄을 이용함). 성형작약탄두에 의한 피해를 막기 위해 전차에 복합장갑 혹은 반응장갑이 필요한 것이다.
☞ [참고]대전차고폭탄의 새롭게 발전된 형태인 개량형 대전차고폭탄(Tandem)은 반응장갑으로 인한 탄의 위력 감소를
극복하기위해 이중 탄두를 장착한다. 즉 2개의 성형작약을 직렬로 배열, 반응장갑에 도달시 앞부분의 소형 자탄(성형작약)을
먼저 추진시켜 반응장갑을 무력화하고 연속적으로 두 번째 성형작약(고폭탄 탄두)이 장갑을 관통한다.일반 성형작약탄이
탄두 직경의 4~6배를 관통하는 것에 비해 탄뎀탄은 탄두 직경의 10배를 관통한다고 한다.
▲ K1A1전차 포탄 사격을 위해 놓여있는 120mm 대전차고폭탄(HEAT).. 일명 '대탄' 이라고 하며, 무게가 25kg, 길이는 99cm. 포구속도는 1,130m/s. 관통력은 600mm 이다. 이 대탄은 화학에너지로 적 전차의 장갑을 파괴한다.
날개안정 철갑탄(APFSDS,Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot)
날개안정분리철갑탄은 Armo(u)r-Piercing Fin-Stabilized Discarded Sabot으로 그대로 풀이하면 날개로 안정되고 이탈피(sabot)를 버리는 방식이란 것이다.보통 APFSDS는 포구경은 105mm니 120mm니 하지만 날아가서 목표를 부수는 관통자(penetrator)는 약 25 ~ 40mm가량이라 구경 감소탄(sub-caliber ammunition)이라고도 부른다.약실에 장전될 때의 상태(이탈피가 물려있는)의 구경보다 실제로 발사된 관통자의 구경은 작아서 구경감소탄이라고 부르기도 하는 것이다.그리고 철갑탄이라고 '철갑을 두른 총알'이 아니다...쇠 鐵자가 아니라 뚫을 徹자를 사용하는 철갑탄이다.
날개안정분리철갑탄(APFSDS)은 적 전차의 장갑을 뚫어 파괴하는 탄이다. 이것은 운동에너지탄으로 순전히 운동에너지의 힘으로만 장갑판을 관통하는 탄이다. 대전차고폭탄(HEAT)의 운동원리와는 완전히 다른 운동에너지탄이다..날개안정분리철갑탄의 관통자는 텅스텐이나 열화우라늄을 채택하는데 텅스텐은 열화우라늄과 함께 가장 강력한 관통력을 가진다.포탄의 운동에너지를 최대한 한 점으로 모아서 한곳에 집중시켜 관통력의 증대를 확보하기 위하여 요즘의 포탄을 보면 포탄의 첨단부가 매우 날카롭다는 것을 볼 수 있다.개발 당초는 APDS과 구별하기 위해 APDS-FS으로 불렸으며 이 호칭은 아직 일부 국가에서 사용되고 있다 한다.
APFSDS는 일종의 구경감소탄으로 포강 내경보다 관통자의 직경이 작다. 이 상태에서는 관통자가 정상적으로 포강을 통과할수는 없으므로 포강 내경에 맞도록 관통자를 잡아주는 틀이 송탄통(=장탄통=이탈피)이다. 이탈피는 포강내에서 관통자를 안정되게 고정시켜 안정적인 움직임을 할 수 있도록 도우면서 동시에 포강내벽과 밀착되면서 장약 연소가스가 최대한 관통자의 가속에 쓰이도록 하게 한다(포신 내부에서 받는 추진압력을 크게 함으로써 포구속도를 증가시킴). 그리고 관통자는 탄저부에 날개(fin)를 부착하여 탄도를 안정시킨다.즉,일반적인 총탄이나 강선포에서의 포탄처럼 강선으로 탄자에 회전을 걸어 안정시키는것이 아니라 안정익을 통해 탄자를 안정시키는 것이다.
관통자는 자신이 가진 운동에너지로 장갑을 관통한다.그래서 이런 철갑탄 종류를 운동에너지탄(Kinetic Energy missile)이라고도 부르는 것이다.운동에너지(관통력)KE = 1/2 mV^2(m: 질량, V^2: 속도 제곱)을 보면 운동에너지탄의 관통력은 질량(m)과 표적에 대한 충돌속도의 제곱에 비례함을 알수있다. 관통력을 높이는 방법은 대략적으로 3가지가 있다..m을 높이는 방법(탄두의 중량을 늘려서 파괴력을 높이는 방법이다),v를 높이는 방법(발사 장약의 폭발력을 늘려서 포탄의 속도를 끌어올려 관통력을 높이는 방법이다...포의 구경확대등이 이에 해당한다),그리고 세번째 방법으로 같은 중량(질량)의 탄두라면 포탄의 지름(D):길이(L)의 비를 최대한 줄여 공기저항을 줄임으로서 빠른 초속을 유지하여 관통력을 증대시키는 방법이다..
탄자의 속도4를 늘이는 것은 포가 알아서 할 일5이라 새로운 발사체계가 아닌이상 현재의 방법으로는 한계가 있는 것이고 관통성능을 향상시키기 위해서는 밀도가 큰, 바꾸어 말하면 질량(ｍ)이 큰 재료를 관통자로 사용하는 것이 유리함을 알수있다..그리고 또 관통자는 길이를 길게 해 질량을 증가시키면서 구경은 작게 해 공기 저항을 최소화해 운동 에너지를 증가시킬수 있는 것이다.
(※ 탄의 관통력을 증가시키기 위해서는 단위면적당 질량이 커야한다.그리고 송곳처럼 뾰족하면서 길수록 관통력이 강하다.문제는 탄두의 안정성을 위해서는 강선을 파서 포탄을 회전시켜야 하는데 이 방법으로는 포탄의 직경 대 길이의 비가 1:4를 넘을 수가 없다. 그래서 생각해낸 것이 날개안정철갑탄과 활강포이다..6포탄의 길이가 단면적 직경보다 4배이상 될때는 회전에 의한 안정화는 불가능하다..즉 길이에 비해 단면적이 큰 팽이는 회전을하여 회전축의 방향으로 잘 흐트러지지 않지만 길이가 길고 단면적이 작은 연필은 쉽게 넘어지는 것과 같은 원리이다..연필은 아무리 회전시켜봐야 안정이 안되서 금방 넘어진다).
[참고]강선포에서...
대략적으로 위의 처음에 열거한 3가지 방법으로 포탄의 관통력을 증대시킬 수 있다..최소한 활강포에서는 말이다..그러나 강선포에서는 위의 3가지 방법을 모두 적용하여 관통력을 높일수는 없다...왜냐하면??
강선포로 포탄을 쏘게되면 포탄이 회전을 하면서 목표물로 날아가게 되는데 탄두에너지의 일정 부분이 회전력으로 바뀌어져 탄도의 안정성을 위해 포탄을 회전시키는 것이다.그런데 아주 빠른 초속을 달성하려고하여 장약의 폭발력을 강화시키게 되면 과다한 운동에너지가 포탄에 전달되어짐으로 인해 포탄의 회전력에도 적정 운동에너지를 초과하는 운동에너지가 전달됨으로 인해 포탄 탄도의 불안정성을 초래하게 된다.즉,포구 속도를 더 빠르게 욕심먹었다가 포탄의 안정성을 잃는 결과를 낳는다는 것이다.그리고 또 한가지는 강선포에서 발사되어지는 포탄의 지름:길이의 비가 1:4를 넘어가게 되면 역시 탄도의 안정성이 크게 훼손되어지는 현상이 일어난다는 것이다.포탄의 회전력으로 탄도의 안정성을 달성하는 포탄이므로 지름:길이의 비를 극단적으로 줄여서는 포탄의 탄도 안정성을 잃어버리게 되는 결과를 초래한다는 것이다.강선포에서 발사되는 포탄의 경우에는 위의 포탄의 관통력을 높이는 3가지 방법중 무려 2가지가 '해당사항 없음'이 되는 것이다. 강선포에서 발사되는 포탄의 관통력을 늘이기 위해서는 오직 하나의 방법만 사용할 수 밖에 없다.그것은 포탄의 중량을 늘려 상대적으로 느린 속도에서도 육중한 중량(질량)으로 파괴력을 늘이는 방법으로서 포탄의 관통력을 늘이는데는 문제 없다.아무튼 강선포는 활강포에 비해 관통력을 늘이는 방법에 있어서 상당한 제약을 받는것 만은 확실하다.
포탄이 포구를 이탈하게 되면 즉,관통자가 포구를 이탈하는 순간부터 관통자에 붙어있는 이탈피는 관통자의 운동에 아무런 도움을 주지 못하게 된다. 동시에 낮은 공기저항을 받도록 제작된 관통자에게 이탈피는 공기저항을 강요할뿐이고, 더불어 이탈피의 중량은 관통자의 전진을 방해만 할 뿐이다(이런점 때문에 이탈피는 초경량이어야 하는 것이다 반대로 관통자는 길이를 길게 해 질량을 증가시키고 구경은 작게 해 공기 저항을 최소화해 운동 에너지를 증가시키는 것임.).포구 이탈 직후 관통자의 운동에 방해가 되는 이탈피는 공기저항에 의해 여러 조각으로 나뉘어 관통자로 부터 분리되도록 해 탄의 공기 저항력을 최소화시키게 된다.
관통자는 비행중에 날개에 의해 안정이 이뤄지고 탄의 직경 대 길이비도 크고 날개 부착으로 무게까지 더 증가해 일석삼
APFSDS는 매우 홀쭉하기 때문에 강선에 의해 회전을 시키면 반대로 불안정해져 버린다. 때문에 강선이 없는 활강포로부터의 발사가 이상적이지만, 현재는 슬립 링의 장착에 의해 통상의 강선포에서도 발사가 가능하다. 대신 탄두의 안정익으로 탄도의 안정을 도모하고 있지만, 횡풍의 영향을 받기 쉬운 결점이 있기 때문에 명중도 향상에는 풍향 센서에 의한 조준 보정이 불가결하다. 또, 최근의 전차포에서 머즐 브레이커를 볼 수 없는 것도 분리한 이탈피가 걸리는 것을 방지하기 위해서다.
☞ 전차포의 화력은 기본적으로 포탄이 포구를 빠져나갈때 갖는 운동에너지 즉,포구에너지에 의해서 좌우되는데 포구에너지는 탄의 질량과 속도의 제곱에 비례한다.K2전차에서는 운동에너지탄의 관통자에 세장비(관통자의 직경대비 길이의 비)를 증대시켰고 120mm구경과 포신의 길이를 기존전차 대비 약 1.3m 증대시킨 장포신 활강포를 적용해서 포구에너지를 증대시켰다.강선포보다는 강선이 없는 활강포가 포구속도를 더 높일 수 있는건 포강에서 탄자가 움직이는 동안 가스를 전방으로 누출시키지 않아 압력 증가와 함께 운동에너지를 증가시키기 때문이다.강선포에서는 회전하기 때문에 그만큼 운동에너지가 떨어질 수 밖에 없다..강선포 대신 활강포를 포의 구경뿐만 아니라 길이를 길게 할수록 빠르기를 더할 수 있는 것이다.
우리나라 차기 전차인 K2 전차에 사용되는 120mm 포탄은 신형 날개안정분리철갑탄(APFSDS,줄여서 일명 '날탄')과 신형 다목적성형작약탄인 HEAT-MP탄 두종류다.120mm전차포탄은 풍산에서 100% 국산화를 이루었다..텅스텐 중합금을 사용하는 날개안정분리철갑탄 속의 관통자는 세계가 인정하는 세계 최고의 관통력을 자랑한다..날개안정분리철갑탄은 탄이 포구를 벗어남과 동시에 관통자를 감싸고 있던 이탈피(sabot,송탄통,장탄통으로 번역되어 불리기도 함)는 세조각으로 분리되어 떨어져 나가고 관통자만 비행을 계속해 목표물을 파괴하도록 되어있다(그래서 날탄의 경우 아군이 전방 70m 이내에 있을 경우 이탈피가 아군 머리위에 떨어져 맞을 수도 있기 때문에 사용이 제한되기도 한다고 한다).이런 특징때문에 관통자의 재료는 빠른 속도에도 견딜수 있도록 밀도가 커야한다.세계적으로 많이 쓰이고 있는 관통자의 재료로는 열화우랴늄과 텅스텐 중합금이다.
☞ 세계적으로 많이 쓰이고 있는 관통자의 재료로는 열화우랴늄과 텅스텐 중합금인데 일반적으로 열화우랴늄이 텅스텐중합금보다 관통력이 6~10% 정도 우수하다고 평가되왔다.그런데 최근들어 열화우랴늄이 걸프전 신드롬과 발칸시드롬의 주요 원인으로 지목되면서 환경오염,질병 유발등 세계적 우려의 대상이 되었다.열화우랴늄이 탄을 발사할때나 탄에 맞았을때 인체에 치명적인 미세한 우랴늄 산화물 분진이 발생하게 되는데 이라크전이나 발칸반도에서 이 탄을 사용한 미군 병사들에서조차도 신체적인 문제점이 나타난다고 정부를 향해서 소송을 하는 상황이다..그래서 세계적인 관심이 텅스텐 중합금 관통자의 개발로 모아지게 되는데 우리나라에서 세계 최초로 텅스텐 중합금의 약한 관통력을 극복할수 있는 기술이 개발되었다.그것이 다단열처리 기술과 미세조직제어기술 이다. 다단열처리 기술은 반복되는 열처리를 수행함으로써 재료의 충격 인성을 기존 텅스텐 재료에 비해서 획기적으로 향상시키는 기술이며,미세조직제어 기술은 열화우랴늄이 가지고 있는 셀프샤프닝(자기첨예화,자기단조화)효과 즉 표적에 맞으면 더욱더 뾰족해지고 스스로 날카로워지는 현상을 텅스텐중합금에서도 나타나도록 만든 기술이다.기존의 이론을 뒤엎은 이 기술들은 관통자를 완성탄으로 제작하여 실제 체계에 적용한 관통시험에서 본래 텅스텐 기존탄보다 10%정도 관통력 향상을 보였다.즉 이것은 ADD에 의해 개발된 텅스텐중합금 관통자의 관통 능력이 열화우랴늄 관통자에 필적하는 관통력을 나타냈다는 것이다.
☞ 이탈피(離脫皮)는 그 어원이 프랑스어인 sabot라는 단어로서 나무 신발(wooden shoe)이라는 뜻을 가지고 있다. sabot는 중세부터 19세기까지 유럽의 농촌에서 사용되었다고 문헌에 전해지고 있다. 그러나 sabot가 군 용어로 사용되면서 비행체에 부착되어 그 위치를 확보해 주는 부품이라는 뜻으로 바뀌어 사용되고 있다. 이 용어로부터 이탈피는 스스로 비행하여 임무를 수행하는 부품이 아님을 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. 이탈피는 운동에너지탄(또는 날개안정철갑탄이라고도 함. 이하 운동에너지탄)의 핵심부품 중의 하나이다. 운동에너지탄은 전차에 장착되어 추진제에 의한 포구에너지를 이용하여 텅스텐(또는 감손우라늄) 관통자를 비행시켜 상대의 표적을 무력화시키는 무기체계로서 이탈피는 추진에너지를 관통자에 전달하는 역할을 수행한다. 즉 이탈피는 포강내에서는 관통자를 이끌고 포구까지 전진하여 관통자가 비행하도록 도와준 뒤 포구를 이탈하는 순간 공기저항에 의하여 관통자와 분리되어 그 임무를 다한다. 따라서 이탈피 본연의 임무인 포구에너지 전달을 극대화하기 위해서는 가벼울수록 유리하다는 사실은 쉽게 유추할 수 있을 것이다. 왜냐하면 한정된 포구에너지 조건하에서 이탈피가 가벼울수록 관통자의 비행속도가 상대적으로 높아지고 이에 따라 관통력이 그만큼 더 증대되기 때문이다.이런 배경으로 초경량 고강도 이탈피 복합재(시험개발 : ’02. 5. ~’04.12. )개발 사업이 태동하게 되었다. 사실 본 과제의 출발은 그보다 5년 전에 시작된 포구에너지증대 기술( ’97.~’00. : 응용연구)로 보는 것이 타당하다. 지금도 마찬가지지만 그 때에도 이탈피의 경량화는 시스템 연구자들에게는 중요한 현안이었고 미국을 위시한 선진국에서는 이탈피를 경량화하기 위하여 기존의 알루미늄(밀도 : 2.7 g/㎤)보다 가벼운 재료인 마그네슘(밀도 : 1.8 g/㎤)합금 뿐 아니라 다양한 형태의 복합재료(밀도 : 1.6 g/㎤내외)등에 대한 이탈피 적용성이 연구되던 시기였다. 이런 시대적 요구하에서 이탈피용 경량 복합재료 연구가 시작되었다.....(ADD 송흥섭 박사의 '초경량 고강도 이탈피 복합재' 개발에 관한 글에서..)
120mm 날개안정분리철갑탄(APFSDS)의 관통시험 사진
포에 장전된 날개안정분리 철갑탄을 절개한 사진(사진:유용원의군사세계bedford님)
출처:야후 퍼니님 블로그( http://kr.blog.yahoo.com/funnyblog)
APDS, APFSDS 대전차 철갑탄 비교
APDS와 APFSDS탄을 같이 묶어서 설명하는 이유는 원리는 흡사하기 때문입니다. HEAT탄이나 HESH탄은 일종의 화학탄이라고 본다면 APDS와 APFSDS탄의 경우에는 순전히 물리력만으로 장갑을 관통하는 운동에너지탄입니다.
일본에서는 APDS는 이탈장탄통부철갑탄으로, APFSDS탄은 이탈장탄통부익안정철갑탄이라고 부르더군요. 우리나라에서는 APFSDS탄은 날개안정분리철갑탄이라고 부르던가요? APDS탄은 뭐라고 무르는지 모르겠습니다.
장갑 관통이론에 따르면 같은 운동 에너지를 가진 포탄이라면 지름이 작을 수록 관통력이 증대합니다. 이런 이론에 따르면 같은 속도, 같은 질량이라면 포탄이 가늘고 길어야 관통력은 증가합니다. 하지만 문제는 이러한 포탄은 비행 안정성이 떨어지는 문제가 있습니다. 그리고 높은 발사속도를 얻지 못하는 문제가 있습니다. 그러한 문제를 해결하기 위해 나온것이 APDS탄입니다.
APDS탄은 탄속을 증가시켜서 관통력을 증대시킬 목적으로 만든탄이다.그러나 기존의 탄을 가지고 탄속을 늘리기란 어려우므로 포신의 구경보다 작은 지름의 탄자를 발사하는데 그 탄자를 장탄통으로 둘러싼 형태입니다.즉,APDS탄은 탄체 주위에 포구경과 같은 장탄통(sabot)을 붙여 포구 발사속도를 높였습니다. 하지만 비행 안정성은 확보하지 못하였기 때문에 APDS탄의 개량형으로 나온것이 탄자 후부에 안정익을 단 APFSDS탄이다..APFSDS탄의 관통자는 탄저부에 날개(fin)를 부착하여 탄도를 안정시킨다...APFSDS탄은 기존의 APDS탄보다 탄자의 직경을 더욱더 줄일 수 있어 장갑관통력이 기존의 APDS탄에 비해 월등히 앞서게 된다.
APDS탄
APFSDS탄
보시다시피 APDS탄은 탄체 지름이 작아지는데 한계가 있어 어느정도 굵은 편이나 APFSDS탄은 탄체 후부에 안정익이 있어 지름이 극도로 작아서 마치 창과 같습니다. 이 때문에 최고의 관통력을 지닌 대전차탄으로 인정받고 있습니다.
현재 개발중인 흑표전차(국내 차세대 전차) 역시 APFSDS탄을 발사하도록 되어있습니다.
APDS탄의 단면
APFSDS탄의 단면
APFSDS탄의 외형
APDS탄의 관통모습
APFSDS탄의 관통모습
HESH 대전차탄 (High Explosive Squash Head)
말 그대로 해석하자면 '머리 으깨지는 고폭탄'정도가 되겠다. 포탄의 이름 속에 원리가 숨어 있습니다. HESH탄은 플라스틱 폭탄과 같이 점착성이 높은 탄을 피막에 둘러싼 형태로 목표물에 충돌함과 동시에 피막이 벗겨지고 작약이 찰흙처럼 목표물(장갑표면)에 넓게 퍼지게 되는데 탄저부에 위치한 신관은 작약이 어느정도 목표물에 늘러붙었을때 작동하여 넓은 면적에 충격을 전달하게 됩니다.그리고 이 충격파로 인하여 차량 내부의 장갑판이 깨지면서 파편을 발생,내부의 인원과 장비를 파괴 살상합니다.
첫 시작은 영국군이 냉전시대에 사용한 것으로 미군에서는 HEP(High Explosive, Plastic)으로 부릅니다.
탄약 자체는 충격에 둔감하여 착탄 당시의 충격에는 폭발하지 않으며, 충분히 퍼진 상태에서 탄저 부위에 있는 신관이 폭발하게 됩니다. 이때 폭발압은 표면후면으로 전파되어 이면의 장갑이 박리되어 내부를 파괴합니다(이를 호프킨 손 효과라고 합니다). 일부에서는 이때의 충격파로 인해 내부 승무원이 살상된다고 말하나 실제로 이는 어려운 일이며 보통은 장갑형성이 들어간 불순물이 튀어나와 승무원을 살상하거나 과거 리벳접합 방식으로 접합된 장갑의 경우 리벳 조각이 튀어 살상할 수는 있으나 상대적으로 탄 자체가 명중률이 떨어지고 복합장갑으로 이루어진 경우 효과 없어 현재에는 대장갑탄으로는 사용되지 않고 대인, 대물에만 사용되고 있습니다(지금도 콘크리트 벙커와 같은 곳에서는 효과가 뛰어납니다).
HESH탄의 원리
HESH탄의 원리를 설명한 그림인데 영어가 아니라서 무슨 말인지 알아듣기 힘듬.
아래 그림을 보면 복합장갑의 경우 피해가 없음을 알 수 있다.
HESH탄에 의한 피해이다. 보시다시피 왼쪽에 착탄된 곳은 피해가 거의 없는반면 그 이면으로 충격파가 전해진 모습이다.
깨지기 쉬운 장갑의 경우에는 조각들이 터져나와 인명을 살상하게 된다.
(좌에서부터) HESH-TP, TPFSDS, SMK, APFSDS, HESH
(조금 큰사진) 90mm탄, 이름은 하단부에
- 붕괴된 라이너의 미세한 조각과 폭발가스가 에어로졸 상태로 존재하는 작약분류(metal jet)는 마치 모래가 혼합된 고속 공기분사류처럼 장갑을 갉아내기 시작한다.절대 메탈제트가 가진 열로 장갑을 녹여서 관통하는게 아님.비유하자면 용접기와는 다르고 대형 선박이나 철구조물에서 녹제거할 때쓰는 모래 분사하고 오히려 유사하다.이런 연유로 성형작약의 효과를 증가시키려면 라이너 구성물질을 변화시켜 메탈제트의 밀도를 증가시키고 더욱 빠른 폭속을 가진 폭약을 사용하는 것이다.메탈제트의 전체 밀도, 즉 단위부피당 질량과 분류의 이동 속도가 증가하면 분류 자체의 에너지 상황이 더욱 증가힌다.가령 HMX 폭약에 텅스텐계 라이너를 쓴 최신의 HEAT탄처럼. 장갑을 긁어내며 관통하는 메탈제트 뒤로는 장갑판의 부스러기와 힘이 다떨어진 분류가 빠져나오게 되고 이 늦은 속도의 후류는 단열압축된 상태와 유사하다. 이 후류는 관통이 시작된 부분(사입구)으로 이동하며 무거운 찌꺼기를 사입구 주변에 침적시키게 되며 그 결과 관통후 사입구 주변에는 마치 칼데라같은 침적된 자국이 남게되며 이걸 잘못보면 장갑을 열로 녹여서 관통했다고 주장할 수도 있다. (밀리터리 리뷰) [본문으로]
- 대체로 활강포의 경우 사용포탄은 APFSDS탄과 HEAT탄으로 제한된다..강선포에서는 APFSDS탄을 사용할 수 없는 것인가? 슬리핑 밴드의 용도는 강선포에서도 APFSDS탄을 발사할 수 있도록 하는 것에 있다. APFSDS탄의 장탄통 겉면에 별도로 회전을 할 수 있는 링을 부착하여 포탄을 발사할 때 이 링만 강선과 맞물려 회전하게 되는 것이다. 이렇게 할 경우 외부의 링은 회전하지만 장탄통과 탄자는 회전을 하지 않고 포신을 지날 수 있다.장탄통은 포신을 벗어난 직후 탄자와 분리되고 탄자는 강선의 영향을 받지않고 그대로 날아갈 수 있는 것이다. 이런 슬리핑 밴드는 비단 APFSFS탄에만 적용되는 것은 아니다. 현재 APFSDS탄과 함께 전차포탄의 대명사인 HEAT탄에도 이 슬리핑 밴드가 적용된다.HEAT탄을 강선포에서 발사할 경우 탄의 회전으로 인해 발생한 원심력에 의해 메탈제트 형성에 좋지 못한 영향을 미친다. HEAT탄에 적용되는 슬리핑 밴드 역시 APFSDS탄에 적용되는 슬리핑밴드와 동일한 원리이다.탄의 외부에 링을 부착하여 이 링만이 강선과 맞물려 회전하고 탄두 자체는 회전을 하지 않는다.이로서 원심력의 영향을 받지않고 효과적으로 메탈제트를 형성, 장갑을 관통할 수 있는 것이다. 그리고 탄두 자체에 회전이 없기 때문에 탄의 안정을 위해 탄두 후부에 별도의 안정익이 부착된 포탄(HEAT-FS)도 사용되고 있다.(슬리핑 밴드가 부착된 HEAT탄은 이미 이스라엘군에 의해 실전에 사용된 바 있다.뿐만 아니라 강선포 발사 슬리핑 밴드 부착 포탄은 미국과 영국군에 의해 걸프전에서 실전에 사용된 바 있다).국군이 사용중인 90mm,105mm APFSDS탄 역시 슬리핑 밴드 부착 APFSDS탄과 비슷한 구조를 가진 것으로 생각된다. [본문으로]
- APFSDS는 포탄만 있는 것이 아니다.25mm, 40mm등의 작은 구경의 포탄에도 APFSDS탄이 있으며 놀랍게도 APFSDS는 소총탄에도 있다.아예 날개안정(이탈피)분리 철갑탄(APFSDS,armour-piercing fin-stabilized discarding sabot)이라는 이름을 가진 것도 있고, 이름은 다르지만 같은 원리와 구조를 가진 탄들도 몇종류 된다..날개 없이 Sabot(이탈피)를 가진 종류는 더욱 많으며, 산탄총용 Shell중 Slug탄 (일반적 산탄용 Shell과는 달리 굵은 하나의 탄두를 가진 산탄총용 Shell의 일종) 중에는 이렇게 Sabot을 가진 종류가 꽤 많으며..심지어 권총탄 중에서도 Sabot을 가진 탄들도 있다.그리고 12.7mm 구경의 탄 중에는 유도탄도 있다(물론 실제 사용되는 것은 아니고 개발연구용 이지만 유도되는 원리는 센서를 이용 탄두 끝을 구부려 방향을 조종한다) [본문으로]
- 운동에너지는 속력의 제곱에 비례하기 때문에 질량을 높이는 것 보다는 속력을 증가시키는 것이 더 효과적이라고 생각할 것이다. 물론 옳은 이야기다. 하지만 금속은 음속의 5배(1700㎧) 이상의 속력으로 충돌하게 되면 유리처럼 부서져 버린다고 한다. 따라서 운동에너지는 증가하게 되지만 관통력이 증가하는 것은 아니기 때문에 탱크의 장갑을 뚫는데 효과적이지 못하게 되는 문제가 있다. [본문으로]
- 관통력을 높이려면 운동에너지(관통력)의 공식에서 v,즉 발사속도를 높이는 것이 가장 효율적이다..포탄 속도를 높이려면 빠른 최초 속도로 즉,포구초속을 높일 필요가 있는 것이다. 높은 최초속도일수록 탄도가 낮게 뻗어나가 명중 정밀도가 향상되며 유효 사정거 리도 늘어나 상대 전차를 원거리에서 파괴할 수 있게 된다...최초속도를 높이려면 에너지가 높은 발사약,에너지를 효율적 으로 포탄에 전달하는 긴 포신,포내 탄도의 개량등을 고려해야 하지만 가장 효과적이고 쉬운 방법은 발사에너지를 받는 포 탄의 바닥면적을 늘리는것,즉 구경의 확대이다...이러한 구경의 확대는 최초속도의 향상으로 직접 연관된다..90밀리 급의 최대 최초속도는 초속 1000m이지만 105밀리 포는 1500m, 120밀리 급 활강포는 1700m에 달한다..이런한 높은 최초속도는 보 다 고압에 견딜 수 있는 포신을 요구한다..이를 위해 포강의 내마모성을 높이기 위해 니켈도금 및 크롬도금을 한다.. [본문으로]
- APFSDS탄은 APDS탄을 발전시킨 포탄이다.탄자의 직경을 줄이면 줄일 수록 동일한 중량을 가진 다른 탄자에 비해 단위면적당 받는 에너지가 증가되고 장갑관통력 역시 함께 증가하게 된다.하지만 APDS탄의 경우 탄자가 일정한 길이대 직경비를 넘어서면 탄을 안정시키기 힘들어 진다. 이로 인해 활강포와 익안정식의 포탄이 출현한다.탄을 가늘게 만들 경우 회전으로는 탄을 안정시키기 힘들기 때문에 대신 강선이 없는 밋밋한 포 즉, 활강포와 탄자에 안정익을 단 APFSDS탄이 출현하게 된 것이다. APFSDS탄은 기존의 APDS탄보다 탄자의 직경을 더욱더 줄일 수 있어 장갑관통력이 기존의 APDS탄에 비해 월등히 앞선다. [본문으로]